一種開關網絡確定方法

2023-07-18 02:38:16

專利名稱：一種開關網絡確定方法
技術領域：
本發明屬於衛星及其他工程可靠性設計領域，涉及一種用於主備份單機之間切換 的開關網絡。
背景技術：
現代通信衛星均為長壽命高可靠衛星，要在長的時間內保證轉發器均能正常工 作，除了要採用高可靠長壽命的單機外，對關鍵部件進行冗餘設計就顯得尤為重要。透明轉 發器中的關鍵有源單機，包括接收機、行波管放大器和信標機均採用冗餘設計。冗餘設計就 是在正常使用的主份單機外增加若干臺額外的備份單機，同時在主備單機組的輸入輸出端 設計開關網絡，通過開關網絡控制主備單機的切換。為了增加備份的靈活性，冗餘設計中要 儘可能使每個備份單機可以備份所有的主份單機，因此這種冗餘方式也稱為冗餘環。以衛星有效載荷設計為例，對於一個m:n的轉發器行波管放大器冗餘環，如

圖1所 示，它包括η個轉發器通道，也就是η個輸入埠，同時包括m個行波管放大器，也就是m個 輸出埠，這m個輸出埠中包含η個主份行波管放大器和m-n個備份行波管放大器，所要 設計的冗餘環就是中間的開關網絡，它主要由開關和連接開關的電纜或波導組成。正常工作狀態下，η個輸入埠應正好連接著η個主份的輸出埠。而當其中一 個主份行波管放大器發生故障時，可以通過改變冗餘環中的開關狀態，使得這個失效的行 波管放大器原來對應的轉發器通道(輸入埠)切換到一個未使用的備份行波管放大器上 (輸出埠)，這樣就能保證一個主份行波管放大器發生故障時，η個轉發器通道仍都能正 常工作。對於一個m η的行波管放大器冗餘環，如果當任意m-n個行波管放大器失效後，都 能找到合適的開關配置，為這m-n個失效的行波管放大器找到備份，使得η個轉發器通道能 一一連接到剩餘未失效的η個行波管放大器上，則稱此m:n的冗餘環為一個完備的冗餘環。衛星有效載荷冗餘環設計可以保證利用最少的備份件來達到較高的可靠性，減少 衛星成本和重量，同時滿足可靠性的要求。冗餘環的設計具有方法多而雜，過程繁瑣，結果 難驗證等特點。一個同等大小的冗餘環有很多種設計方式和設計結果，如何在眾多的設計 方案中選擇出最優的冗餘環，對設計師的設計能力提出了很高的要求。最優的冗餘環具備 以下特點1.冗餘環中的開關數量應最少，這個特點稱為冗餘環的最小性；2.任何一個主份單機出現故障後，都可以在不影響其他任何通道的情況下，切換 到備份單機上，這個特點稱為冗餘環的一備兼容性；3.任何一個主份單機出現故障後，其切換到備份單機的通道上，經過的開關數量 最少，這個特點稱為冗餘環的一備最短性。目前轉發器冗餘環的設計和驗證主要依靠設計師的經驗進行手工設計。這樣的設 計方法不僅需要花費較長的設計時間，同時其設計的合理性也得不到保障。尤其是當冗餘 環的規模比較大時，如何設計和驗證冗餘環是否有效且最優也是一個比較複雜的問題。

發明內容
本發明的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供了一種開關網絡確定方法， 對於給定出口數量M(主備份單機總數)和入口數量N(主份單機數量)的開關網絡，此方 法可以在短時間內確定開關網絡的設計方案，並確保網絡的完備性和最優性。本發明的技術解決方案是一種開關網絡確定方法，步驟如下(1)根據開關網絡所連接的主份單機個數N和備份單機個數M-N，將開關網絡拆分 成M-N個小環，M > N且M-N < 4，其中每一個小環所連接的主份單機個數和備份單機個數
分別為Mi-I和1，滿足關係式
權利要求
1. 一種開關網絡確定方法，其特徵在於步驟如下(1)根據開關網絡所連接的主份單機個數N和備份單機個數M-N，將開關網絡拆分成 M-N個小環，M > N且M-N < 4，其中每一個小環所連接的主份單機個數和備份單機個數分M-N別為Mi-I和1，滿足關係式-.YjH N·,i=\(2)對於每一個小環，採用具有四個埠的主份開關和中繼開關將主份單機和備份單 機連接起來形成小環結構，其中與主份單機直接相連的開關為主份開關，其他的開關稱為 中繼開關，每個主份單機和與其相連的主份開關一一對應；小環結構共分為N個LEVEL，N滿 足關係式< Mi-I彡3N，每個LEVEL中的主份開關和中繼開關的四個埠中有且僅有一 個埠與前一個LEVEL連接，LEVEL X中共包含35"個中繼開關，X = 1，2，...，N_1，當Mi-I為奇數時，與主份單機——對應的Mi-I個主份開均位於LEVEL N-I和LEVEL N， LEVEL N-I中前ρ個中繼開關除與LEVEL N_2連接的埠外的其餘三個埠都連接著LEVEL N的中繼開關，若q = 0，則LEVEL N-I中的第p+1個中繼開關除與LEVEL N-2連接的埠 外的其餘三個埠都連接著主份開關；若q = 2，則LEVEL N-I中的第p+1個中繼開關除與 LEVEL N-2連接的埠外的其餘三個埠中有一個連接著LEVEL N的中繼開關，剩餘兩個端 口連接著主份開關；若q = 4，則LEVEL N-I中的第p+1個中繼開關除與LEVEL N-2連接的 埠外的其餘三個埠中有兩個連接著LEVEL N的中繼開關，剩餘一個埠連接著主份開 關；LEVEL N-I中的第p+1個以後的中繼開關除與LEVELN-2連接的埠外的其餘三個埠 都連接著主份開關，在LEVEL N中包含3Xp+q/2個中繼開關，這些中繼開關除與LEVEL N-I 連接的埠外的其餘三個埠都連接著主份開關，P和q滿足關係式Mi-IjH = 6Xp+q; 小環中唯一的備份單機位於環的最頂層，連接在LEVEL I的中繼開關上，而各主份單機均連 接在各自對應的主份開關上；若Mi-I = 1且M-N < 3時，每個小環包含1個空餘埠，除此 之外，每個小環包含3個空餘埠，用於與其他小環相連；當Mi-I為偶數時，在虯-2小環的LEVELl的中繼開關以及與該中繼開關相連的備份單 機之間增加一個主份開關，該增加的主份開關的另外兩個端點中一個連接主份單機，另一 個作為開關網絡新增的輸入埠；(3)將步驟(2)得到的小環結構依次連接起來，形成最終的開關網絡，當m-n = 1時，僅包括1個小環，若該小環只有1個空餘埠，則直接將它接負載；若該 小環有3個空餘埠，則將其中任意2個空餘埠相連，而剩下的1個空餘埠接負載；當m-n = 2時，包括2個小環，若兩個小環均只有1個空餘埠，則直接將這兩個空餘 埠相連；若兩個小環中第一小環只有1個空餘埠，第二小環有3個空餘埠，則將第一 小環中唯一的空餘埠與第二小環中的一個空餘埠相連，第二小環中剩餘的2個空餘端 口直接相連；當m-n = 3時，包括3個小環，3個小環各自均應包含3個空餘埠，第一小環的2個空 餘埠分別與第二小環的2個不同空餘埠相連，第一小環的最後1個空餘埠以及第二 小環的最後1個空餘埠分別與第三小環的2個不同空餘埠相連，第三小環的最後1個 空餘埠接負載；當m-n = 4時，包括4個小環，4個小環各自均應包含3個空餘埠，第一小環的3個空 餘埠分別與第二小環、第三小環、第四小環的各1個空餘埠相連；第二小環剩餘的2個空餘埠分別與第三小環、第四小環剩下的各1個空餘埠相連；第三小環最後剩餘的1個 空餘埠與第四小環最後剩餘的1個空餘埠相連。
全文摘要
一種開關網絡確定方法，步驟為(1)根據開關網絡所連接的主份單機個數N和備份單機個數M-N，將開關網絡拆分成M-N個小環，M＞N且M-N≤4，每一個小環均只含有一個備份單機；(2)對於每一個小環，採用具有四個埠的主份開關和中繼開關將主份單機和備份單機連接起來形成小環結構，開關連接方式根據小環中包含的主份單機個數為奇數或者偶數分別進行；(3)將各小環組成一個大環，即可得到最終的開關網絡。本方法能夠在給定主備份單機數量的情況下，通過大網拆小網，小網連接關係確定，小網再組大網三個步驟，快速確定開關網絡的設計方案，而且確定出的開關網絡滿足冗餘網絡的完備性、最小性、第一備份兼容性及第一備份最短性。
文檔編號H04L1/22GK102104472SQ201010606049
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月15日 優先權日2010年12月15日
發明者尹偉臻, 沈宇飛, 田棟, 範陸海, 鄧恆 申請人:中國空間技術研究院